RU2673503C1 - Method of measuring effort applied to bearing with static and dynamic loading using strain gauges - Google Patents

Method of measuring effort applied to bearing with static and dynamic loading using strain gauges Download PDF

Info

Publication number
RU2673503C1
RU2673503C1 RU2017142243A RU2017142243A RU2673503C1 RU 2673503 C1 RU2673503 C1 RU 2673503C1 RU 2017142243 A RU2017142243 A RU 2017142243A RU 2017142243 A RU2017142243 A RU 2017142243A RU 2673503 C1 RU2673503 C1 RU 2673503C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
bearing
strain gauges
calibration
rotation
radial
Prior art date
Application number
RU2017142243A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Роман Владимирович Храмин
Александр Леонидович Михайлов
Максим Владимирович Лебедев
Алексей Валентинович Веселов
Денис Андреевич Слободской
Александр Владимирович Собуль
Original Assignee
Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" filed Critical Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн"
Priority to RU2017142243A priority Critical patent/RU2673503C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2673503C1 publication Critical patent/RU2673503C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L1/00Measuring force or stress, in general
    • G01L1/20Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress
    • G01L1/22Measuring force or stress, in general by measuring variations in ohmic resistance of solid materials or of electrically-conductive fluids; by making use of electrokinetic cells, i.e. liquid-containing cells wherein an electrical potential is produced or varied upon the application of stress using resistance strain gauges

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Rolling Contact Bearings (AREA)
  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment.SUBSTANCE: invention relates to methods for measuring axial and radial efforts applied to running rolling bearing and can be used in all components having rolling bearings. When implementing the method, strain gauges are installed on the outer landing surface of the fixed bearing ring. In this case, the strain gauges are installed on sections of the outer landing surface of the stationary ring inclined to the axis of rotation of the bearing. For strain gauges, a calibration is performed for the efforts corresponding to the operating frequencies of rotation, loads and the thermal state of the bearing when working in the assembly.EFFECT: technical result consists in the possibility of simultaneous measurement of both radial and axial efforts applied to the radial-thrust rolling bearing using calibration coefficients.1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к способам измерения осевых и радиальных сил, воздействующих на работающий подшипник качения. Изобретение может найти применение во всех узлах, имеющих подшипники качения.The invention relates to methods for measuring axial and radial forces acting on a running rolling bearing. The invention may find application in all assemblies having rolling bearings.

Известен способ измерения осевого усилия тензометрическими кольцами («Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок» авторы А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий. - М.: машиностроение, 2008. - Т. 1. - 201 с.) располагаемыми с обеих сторон радиально-упорного подшипника качения. Тензометрические кольца представляют собой плоские упругие кольца с упорными площадками. На плоских поверхностях между опорными выступами устанавливаются тензодатчики. При приложении осевого усилия на опорные выступы происходит деформация площадок с тензодатчиками с появлением сжимающих напряжений с одной стороны площадки и растягивающих - с другой. Показания по указанным деформациям градуируют на технологической установке. Основным недостатком указанного способа является необходимость использования технологической опоры в двигателе, в которой следует установить тензометрические кольца, что значительно увеличивает массу опоры, и дает возможность измерения только осевой силы.A known method of measuring axial force by tensometric rings ("Fundamentals of the design of aircraft engines and power plants" authors AA Inozemtsev, MA Nikhamkin, VL Sandratsky. - M .: mechanical engineering, 2008. - T. 1. - 201 s.) Located on both sides of the angular contact rolling bearing. Strain rings are flat elastic rings with thrust pads. Strain gages are installed on flat surfaces between the support protrusions. When an axial force is applied to the support protrusions, deformation of the sites with strain gauges occurs with the appearance of compressive stresses on one side of the site and tensile stresses on the other. Indications for these deformations are graduated on the technological installation. The main disadvantage of this method is the need to use a technological support in the engine, in which strain gauge rings should be installed, which significantly increases the mass of the support and makes it possible to measure only axial force.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения радиальных сил, действующих на подшипник качения при статическом и динамическом нагружении с использованием тензодатчиков сопротивления (авторское свидетельство №212594, опубл. 29.11.1968, бюл. №9, МПК G01M 13/04), при котором тензодатчики установлены на неподвижном кольце подшипника. Основным недостатком данного способа является отсутствие возможности измерения осевых нагрузок, т.к. данное расположения тензодатчиков позволяет выполнять измерения только радиальных нагрузок.Closest to the invention is a method of measuring the radial forces acting on a rolling bearing under static and dynamic loading using resistance strain gauges (copyright certificate No. 212594, publ. 11/29/1968, bull. No. 9, IPC G01M 13/04), in which load cells mounted on a stationary bearing ring. The main disadvantage of this method is the inability to measure axial loads, because This arrangement of load cells allows only radial loads to be measured.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является возможность одновременного измерения как радиальной, так и осевой сил, воздействующих на радиально-упорный подшипник качения, с использованием градуировочных коэффициентов.The technical result to which the invention is directed is the possibility of simultaneous measurement of both radial and axial forces acting on an angular contact rolling bearing using calibration factors.

Технический результат достигается тем, что в способе измерения сил, действующих на подшипник качения при статическом и динамическом нагружении с использованием тензодатчиков сопротивления, при котором тензодатчики установлены на наружной посадочной поверхности неподвижного кольца подшипника, в отличие от известного, тензодатчики устанавливают на наклонные к оси вращения подшипника участки наружной посадочной поверхности неподвижного кольца, при этом для тензодатчиков выполняют градуировку усилий, соответствующих рабочим частотам вращения, нагрузкам и тепловому состоянию подшипника при работе в узле.The technical result is achieved by the fact that in the method of measuring the forces acting on a rolling bearing under static and dynamic loading using resistance strain gauges, in which the strain gauges are mounted on the outer seating surface of the stationary bearing ring, in contrast to the known one, the load cells are mounted on bearings inclined to the axis of rotation sections of the outer landing surface of the fixed ring, while the strain gauges perform graduation of efforts corresponding to the working frequency rotation, and thermal loads during operation of the bearing in the node.

На фигурах показаны:The figures show:

Фиг. 1 - пример схемы расположения тензодатчиков.FIG. 1 is an example of a strain gauge arrangement.

Фиг. 2 - пример спектра амплитудно-частотной характеристики динамических напряжений на одной из частот вращения ротора.FIG. 2 is an example of a spectrum of the amplitude-frequency characteristic of dynamic stresses at one of the rotor rotation frequencies.

Фиг. 3 - пример зависимости динамических напряжений от осевого усилия.FIG. 3 is an example of the dependence of dynamic stresses on axial force.

Способ осуществляется следующим образом.The method is as follows.

На неподвижном кольце, под углом к оси вращения выполняются пазы, в которые устанавливаются тензодатчики сопротивления. Для тензодатчиков выполняется градуировка усилий для определения градуировочных коэффициентов.On a fixed ring, at an angle to the axis of rotation, grooves are made in which resistance strain gauges are installed. For load cells, a force calibration is performed to determine calibration factors.

Для повышения точности градуировки, например, на технологической установке или в составе двигателя, режимы градуировки должны соответствовать рабочим частотам вращения, нагрузкам и тепловому состоянию подшипников при работе в узле.To increase the accuracy of calibration, for example, on a technological installation or as part of an engine, the calibration regimes should correspond to the operating frequencies of rotation, loads and thermal state of the bearings during operation in the assembly.

При градуировке по результатам измерений динамических напряжений в каждый момент времени получают амплитудно-частотную характеристику, в которой полезными сигналами являются амплитуды напряжений на частотах прокатывания тел качения по дорожкам качения наружных колец.When calibrating according to the results of measurements of dynamic stresses at each moment of time, an amplitude-frequency characteristic is obtained, in which voltage amplitudes at the frequencies of rolling of rolling elements along the raceways of the outer rings are useful signals.

Градуировочный коэффициент для усилия определяется при сопоставлении амплитуды напряжений на частоте прокатывания тел качения и эталонным усилием на технологической установке в каждый момент времени.The calibration factor for the force is determined by comparing the amplitude of the stresses at the rolling frequency of the rolling elements and the reference force at the process plant at any given time.

Пример.Example.

С помощью динамического тензометрирования выполняется измерения, например, осевого усилия в стендовых условиях на двигателе при проведении предварительных испытаний (фиг. 1). Величины измеряемых осевых нагрузок определяются по записям на контрольно-измерительную аппаратуру величины динамических напряжений, измеренных тензодатчиками, расположенными на наружном кольце подшипника.Using dynamic strain gauging, measurements are made, for example, of axial force in bench conditions on the engine during preliminary tests (Fig. 1). The values of the measured axial loads are determined by the records on the instrumentation of the magnitude of the dynamic stresses measured by strain gauges located on the outer ring of the bearing.

Перед проведением испытаний подшипник дорабатывается: в наружном кольце подшипника на посадочной поверхности под углом к оси вращения выполняются пазы, в которые устанавливаются тензодатчики, которые размещаются в зоне наибольших расчетных напряжений, определенных на основании 3D математического моделирования напряженно-деформированного состояния наружного кольца.Before testing, the bearing is finalized: in the outer ring of the bearing on the landing surface at an angle to the axis of rotation, grooves are made in which load cells are installed, which are placed in the zone of the highest design stresses, determined on the basis of 3D mathematical modeling of the stress-strain state of the outer ring.

Для определения зависимости между показаниями тензодатчиков и величиной осевого усилия перед испытаниями в составе ГТД выполняется градуировка. Градуировка показаний тензодатчиков осуществляется на специальной технологической установке в диапазоне рабочих частот вращения ротора ГТД и в диапазоне ожидаемых величин осевого усилия. Градуировка тензодатчиков выполняется в два этапа: при действии осевого усилия, как в сторону компрессора, так и в сторону турбины. Для повышения точности градуировки напряжения, записанные всеми тензодатчиками, усредняются.To determine the relationship between the readings of the load cells and the magnitude of the axial force before testing as part of the gas turbine engine, a calibration is performed. Calibration of the load cell readings is carried out on a special technological installation in the range of working frequencies of the rotor of the gas turbine engine and in the range of the expected values of the axial force. Strain gauges are calibrated in two stages: under the action of axial force, both towards the compressor and towards the turbine. To improve the accuracy of calibration, the voltages recorded by all load cells are averaged.

По результатам градуировки строится зависимость динамических напряжений с частотой прокатывания шаров от осевого усилия (фиг. 2, фиг. 3) и далее определяется линейный градуировочный коэффициент (К). Для тензодатчиков со стороны компрессора и со стороны турбины определяются свои градуировочные коэффициенты. В процессе проведения градуировки, для каждого отдельного подшипника определяется свой градуировочный коэффициент.According to the results of calibration, the dependence of dynamic stresses with the frequency of rolling the balls on the axial force (Fig. 2, Fig. 3) is built and then a linear calibration coefficient (K) is determined. For load cells on the compressor side and on the turbine side, their calibration coefficients are determined. During the calibration process, for each individual bearing its own calibration coefficient is determined.

По результатам измерений динамических напряжений в каждый момент времени получают амплитудно-частотную характеристику, в которой полезным сигналом является амплитуда напряжений на частоте прокатывания шариков по наружной обойме. Амплитуда динамических напряжений с частотой прокатывания шаров пропорциональна величине осевой нагрузки. По полученной амплитуде, с помощью градуировочного коэффициента, вычисляется действующее осевое усилие на подшипник в каждый момент времени и направление его действия. При этом погрешность измерений осевого усилия не превышает 10%.According to the results of measurements of dynamic stresses at each moment of time, an amplitude-frequency characteristic is obtained in which the voltage amplitude at the frequency of rolling the balls along the outer cage is a useful signal. The amplitude of dynamic stresses with a rolling frequency of balls is proportional to the magnitude of the axial load. Based on the obtained amplitude, using the calibration factor, the effective axial force on the bearing at each moment in time and its direction of action are calculated. In this case, the measurement error of the axial force does not exceed 10%.

Таким образом, данное техническое решение позволяет выполнить измерения с использованием градуировочных коэффициентов, как осевой силы, воздействующей на радиально-упорный подшипник качения, так и радиальной.Thus, this technical solution allows you to perform measurements using calibration factors, both axial force acting on the angular contact rolling bearing, and radial.

Claims (1)

Способ измерения сил, действующих на подшипник качения при статическом и динамическом нагружении с использованием тензодатчиков сопротивления, при котором тензодатчики установлены на наружной посадочной поверхности неподвижного кольца подшипника, отличающийся тем, что тензодатчики устанавливают на наклонные к оси вращения подшипника участки наружной посадочной поверхности неподвижного кольца подшипника, при этом для тензодатчиков выполняют градуировку усилий, соответствующих рабочим частотам вращения, нагрузкам и тепловому состоянию подшипника при работе в узле.A method of measuring the forces acting on a rolling bearing under static and dynamic loading using resistance strain gauges, in which the strain gauges are mounted on the outer seating surface of the stationary bearing ring, characterized in that the strain gauges are mounted on sections of the outer seating surface of the stationary bearing ring inclined to the axis of rotation of the bearing, at the same time, the strain gauges perform a graduation of the forces corresponding to the operating frequencies of rotation, loads and thermal state the bearing when working in the assembly.
RU2017142243A 2017-12-04 2017-12-04 Method of measuring effort applied to bearing with static and dynamic loading using strain gauges RU2673503C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017142243A RU2673503C1 (en) 2017-12-04 2017-12-04 Method of measuring effort applied to bearing with static and dynamic loading using strain gauges

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017142243A RU2673503C1 (en) 2017-12-04 2017-12-04 Method of measuring effort applied to bearing with static and dynamic loading using strain gauges

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2673503C1 true RU2673503C1 (en) 2018-11-27

Family

ID=64556573

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017142243A RU2673503C1 (en) 2017-12-04 2017-12-04 Method of measuring effort applied to bearing with static and dynamic loading using strain gauges

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2673503C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2729592C1 (en) * 2019-11-12 2020-08-11 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Method of determining axial force acting on turbomachine rotor during its operation
RU199131U1 (en) * 2020-02-27 2020-08-18 Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" A device for measuring the forces acting on the rotor support of a gas turbine engine using dynamic strain gauge
CN113155454A (en) * 2021-02-03 2021-07-23 浙江万向精工有限公司 Strain calibration method of dynamic test bed of hub bearing
RU2789616C1 (en) * 2022-01-14 2023-02-06 Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" Method for diagnostics of the rolling element jams in the bearing

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU212594A1 (en) * М. У. Кацнельсон, М. А. Павловской, Б. А. Селиверстов , Ю. П. Стегайлов METHOD OF MEASURING RADIAL FORCES ACTING ON ROLLING BEARING
SU767346A1 (en) * 1977-12-14 1980-09-30 Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых Method and device for monitoring position of working member of mining machine with respect to the coal-rock boundary

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU212594A1 (en) * М. У. Кацнельсон, М. А. Павловской, Б. А. Селиверстов , Ю. П. Стегайлов METHOD OF MEASURING RADIAL FORCES ACTING ON ROLLING BEARING
SU767346A1 (en) * 1977-12-14 1980-09-30 Научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт обогащения твердых горючих ископаемых Method and device for monitoring position of working member of mining machine with respect to the coal-rock boundary

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок", авторы А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий. - М.: машиностроение, 2008. - Т. 1. - 201 с. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2729592C1 (en) * 2019-11-12 2020-08-11 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Method of determining axial force acting on turbomachine rotor during its operation
RU199131U1 (en) * 2020-02-27 2020-08-18 Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" A device for measuring the forces acting on the rotor support of a gas turbine engine using dynamic strain gauge
CN113155454A (en) * 2021-02-03 2021-07-23 浙江万向精工有限公司 Strain calibration method of dynamic test bed of hub bearing
RU2789616C1 (en) * 2022-01-14 2023-02-06 Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" Method for diagnostics of the rolling element jams in the bearing

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2673503C1 (en) Method of measuring effort applied to bearing with static and dynamic loading using strain gauges
Rogers The application of vibration signature analysis and acoustic emission source location to on-line condition monitoring of anti-friction bearings
Hou et al. Measurement of load distribution in a cylindrical roller bearing with an instrumented housing: Finite element validation and experimental study
Majzoobi et al. A new device for fretting fatigue testing
Zhang et al. Identification of bearing load by three section strain gauge method: Theoretical and experimental research
CN102323058A (en) Device and method for identifying bearing load of turbo generator set based on strain signal of rotating shaft
Li et al. Measured and investigated nonlinear dynamics parameters on bolted flange joints of combined rotor
CN112345245A (en) Bearing static stiffness test device and test method thereof
CN112284592A (en) Force measuring method for high-precision vertical force measurement longitudinal and multidirectional movable spherical support
CN108036906B (en) A kind of cracked rotor stiffness coefficient measurement method
RU2729592C1 (en) Method of determining axial force acting on turbomachine rotor during its operation
RU199131U1 (en) A device for measuring the forces acting on the rotor support of a gas turbine engine using dynamic strain gauge
CN115950581A (en) Calibration device and method for rotor shaft squirrel cage force measurement structure
Keller et al. Gearbox reliability collaborative investigation of high-speed-shaft bearing loads
RU2332650C1 (en) Method of determination of body static moment
Benatar et al. An experimental investigation of the load distribution of splined joints under gear loading conditions
Marsili et al. Measurement of contact pressure distributions between surfaces by thermoelasticic stress analisys
Pasanen et al. Development of a test device for the evaluation of fretting in point contact
CN214121593U (en) Bearing static rigidity test device
Babu et al. Experimental investigation of friction effect on liner model rolling bearings for large diameter thrust bearing design
Bazarov et al. TENSOMETRIC STUDIES OF THE WORK OF FUNDAMENTAL STRUCTURES IN THE CONDITIONS OF WORKING COAL DEPOSITS
Bachschmid et al. Deflections and strains in cracked shafts due to rotating loads: a numerical and experimental analysis
Liewen et al. Analysis of planetary bearing and gear loads of a wind turbine main gear box on a 4MW system test bench
RU2669227C1 (en) Method of determining the skew angle and the maximum axial load on the bearing support
Matyunin et al. Hardnesses of metal parts and constructions measured for comparison by small hardness testers with different principles of operation